MFE-5乙烯基酯树脂--性能优异的新型树脂 - 文章

MFE-5乙烯基酯树脂--性能优异的新型树脂

作者：沈剑平姚星茆凌峰侯锐钢周润培

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一．前言

乙烯基酯树脂是国际公认的高度耐腐蚀树脂，它以其卓越的耐化学品性能赢得了“超级耐腐蚀树脂”的良好声誉。目前，这类树脂已在化学工业、石油化工、氯碱工业、纺织化纤、电子工业、钢铁工业等数十个重要的工业领域得到越来越广泛的应用。

众所周知，腐蚀介质对有机材料的侵蚀是一个复杂的物理、化学过程，并不局限于化学腐蚀。传统的玻璃钢制品，由于热固性树脂本身的脆性和较大的固化收缩率，往往会在应力和外力的作用下引发裂纹而造成介质渗漏，即产生所谓的“应力腐蚀”。因此，对于耐腐蚀玻璃钢管道、容器，特别是涉及到加压运作的情况时，迫切需要一种既耐化学腐蚀，又抗“应力腐蚀”的高性能树脂来作为FRP的树脂基体。为了满足市场的巨大需求，华东理工大学的资深教授、专家经过自主开发，研制出了新一代综合性能优异的高分子材料——MFE-5乙烯基酯树脂。

华昌公司MFE-5乙烯基酯树脂分子结构式示意图
注：式中R为环氧树脂骨架；R’为异氰酸酯骨架

二．MFE-5树脂的结构特点

MFE-5乙烯基酯树脂保留了双酚A型环氧树脂的优良骨架，以“软单体”丙烯酸代替了传统的“硬单体”甲基丙烯酸作为树脂的合成原料，同时用异氰酸酯基团进行改性。

MFE-5乙烯基酯树脂在化学结构上具有鲜明的特点：酯基密度小且都处于可交联双键的邻近，含有两类韧性基团以及具有较高的分子量。分析上述的结构式我们可以看出：

① MFE-5树脂固化时，环氧乙烯基酯分子结构中与酯基相邻的可交联双键打开，与疏水的苯乙烯发生共聚交联反应，形成三维交联网络。虽然在化学结构上缺少α-甲基对相邻酯基的空间保护作用，但空间网络大分子对酯基形成的空间保护作用才是MFE-5树脂获得极佳水解稳定性的最主要原因。大量的实验事实已证明了这一点。

② 丙烯酸酯聚合后主链可自由旋转，同时具有柔性的异氰酸酯基团，从而使分子主链的柔韧性得到大大增强。

③ MFE-5乙烯基酯树脂与国内外同类产品相比，其分子量是最高的（＞2000），一般的乙烯基酯树脂分子量＜2000。同种类的合成树脂相比较，分子量高的树脂具有更好的物理力学性能。

④ MFE-5树脂较大的分子量是它具有良好气干性的一个重要原因。传统的树脂在固化过程中表现出强厌氧性，其固化物的表面层（指暴露在空气中的表面层）会因为固化不完全而导致发粘、遇水泛白等现象。固化不完全的表面层难以经受酸、碱、盐等水溶液或有机溶剂的侵蚀。这就限制了这类树脂在许多行业中的应用。经过我们的对比实验，MFE-5树脂的气干性能优于国内外同类产品。实验表明：MFE-5树脂常温放置7天后，水浸泛白时间超过2个小时；将放置一年以上的MFE-5涂料片进行浸泡试验，发现其泛白时间可超过24小时。这种随着涂料片放置时间延长，其表面气干性逐步变好的现象为环氧乙烯基酯树脂所独有。我们认为，这主要是因为MFE-5树脂完成正常交联固化过程后，在残留有机过氧化物或阳光中紫外线的影响下，高分子材料内部仍有能力进一步发生交联反应，从而进一步改善其表面的抗渗透性。

三．MFE-5树脂的各项性能

1．MFE-5树脂的耐腐蚀性能

MFE-5树脂具耐腐蚀性能突出，它可以有效防止酸、碱、有机溶剂等介质的腐蚀，其在常见化学品中的耐腐蚀性能见表1。

表1 MFE-5树脂耐常见化学品性能一览
介质浓度 % 使用温度 ℃ 介质浓度 % 使用温度 ℃
硫酸 0~50 90 氢氟酸 10 65
50~70 80 20 45
75 50 磷酸任意 90
盐酸 0~20 90 铬酸 20 50
20~37 70 氢氧化钠 5~10 80
硝酸 5 65 25 65
20 50 氨水 0~20 60

在此尤其值得一提的是，MFE-5乙烯基酯树脂浇铸体在80~100℃下浸泡于10%NaOH中历时2个月，其外观不变、透明度不变，仅轻微失重。说明该树脂具有优良的耐碱性。

2．MFE-5树脂的施工工艺性能

MFE-5树脂的施工工艺性能优良，适用于手糊、拉挤、缠绕、喷射等多种成型工艺。可以用来制作各种耐腐蚀玻璃钢管道、设备、衬里及用于表面涂层，特别适合于制造耐腐蚀玻璃钢制品的内层、防渗漏层以及不允许存在微裂纹的高强度玻璃钢制品。其质量指标见表2，浇铸体性能见表3。

表2 MFE-5乙烯基酯树脂的质量指标
项目 MFE-5
外观淡黄色或黄色透明液体
粘度 Pa?s（25℃） 0.45±0.10
酸值 mgKOH/g 10.0±4.5
凝胶时间 min（25℃） 15.0±5.0
固含量 % 51.0±3.5
热稳定性 h（80℃） ≥24

表3 MFE-5浇铸体物理性能
项目 MFE-5
拉伸强度 MPa 65
拉伸膜量 MPa 3.2×103
断裂延伸率 % 5
弯曲强度 MPa 105
弯曲膜量 MPa 3.3×103
冲击强度 kJ/m2 12
热变形温度 ℃ 90

3．MFE-5树脂的固化性能

MFE-5树脂的固化体系与华昌聚合物有限公司MFE系列乙烯基酯树脂的固化体系相同，即：通过促进剂的作用，用引发剂产生的游离基激活树脂及交联剂（苯乙烯）中的双键，使树脂加聚反应而固化。MFE-5树脂可使用两套固化体系：过氧化甲乙酮（引发剂） / 环烷酸钴（促进剂）、过氧化环己酮糊（引发剂） / 异辛酸钴（促进剂），其使用配比见表4。

表4 固化体系的使用配比
MFE-5树脂 100份
第一套体系过氧化甲乙酮 2~3份
环烷酸钴 1~4份
第二套体系过氧化环己酮糊 2~4份
异辛酸钴 1~4份

我们衡量树脂的固化性能，通常要考察三项指标：凝胶时间、最高放热峰和固化收缩率。

① MFE-5树脂的凝胶时间。常温下MFE-5凝胶时间见表5。

表5 MFE-5树脂的凝胶时间（25℃，引发系统为过氧化甲乙酮/环烷酸钴）
实验一实验二
过氧化甲乙酮加入量（%）环烷酸钴加入量（%）凝胶时间过氧化甲乙酮加入量（%）环烷酸钴加入量（%）凝胶时间
2.5 0.5 24′15″ 0.5 2.0 >120′
2.5 1.0 20′52″ 1.0 2.0 30′03″
2.5 1.5 19′23″ 1.5 2.0 20′52″
2.5 2.0 18′00″ 2.0 2.0 20′17″
2.5 2.5 16′18″ 2.5 2.0 17′54″
2.5 3.0 16′42″ 3.0 2.0 17′58″
2.5 3.5 16′58″ 3.5 2.0 17′21″
注：过氧化甲乙酮活性氧含量10%，环烷酸钴的钴含量为0.8%。

如果采用上述引发系统不能获得满意的凝胶时间，可以添加异辛酸钾或少量的二甲基苯胺（DMA）作为助促进剂。DMA一般稀释10%后使用，10%DMA溶液的常用添加量为0.5~2%。可见，MFE-5树脂完全能够满足多种气候条件下的现场施工要求。

② MFE-5树脂固化过程中的最高放热峰

树脂在固化过程中放热温度的高低对树脂的最终固化完全程度和树脂浇铸体的物理、力学性能有着密切的关系。一般而言，高的放热温度有利于树脂固化，树脂浇铸体的热变形温度和力学性能可得到相应的提高。但过高的放热温度则是有害的，它可以引起树脂体积收缩的增加和微裂纹的出现，导致树脂浇铸体力学性能的下降和介质的渗入，对于有微裂纹的制品，意味着介质的渗漏，也就是耐腐蚀功能的失效。MFE-5树脂中加入了特种缓聚剂，有效地降低了树脂固化最高放热峰。添加不同量的缓聚剂可调节MFE-5树脂的固化放热峰为100℃左右，而同时对凝胶时间的延缓并不明显。

③ MFE-5树脂的固化收缩率

树脂的固化收缩率是树脂固化性能中一个重要指标。因为树脂固化过程中的体积收缩可带给树脂浇铸体本身巨大的应力（引发界面粘合破坏），所以降低树脂的固化收缩率成了近年来树脂工作者的热门研究课题。影响树脂固化收缩率的因素很多。引发系统的改变，环境温度的改变，共聚单体的改变和低收缩剂的加入都可以改变树脂的固化收缩率。MFE-5树脂的固化收缩率是非常低的。采用过氧化甲乙酮/环烷酸钴引发系统固化，常温下的固化线收缩率可控制在0.5%以内。如果引入适当量的低收缩添加剂更可使MFE-5树脂的固化线收缩率接近于零。这在纤维树脂增强材料、表面涂敷等应用领域具有重大的现实意义。

四．结束语

MFE-5树脂从分子设计的高度，在根本上对树脂的各项物、化性能进行了改性，从而使它具有传统树脂（如3200、3201树脂）难以比拟的众多优异性能：高韧性、低收缩、优秀的耐化学腐蚀性、优良的施工工艺性和固化性能、高触变性、良好的气干性等等。更可贵的是，MFE-5树脂具有很高的性能价格比，市场价格颇具吸引力，能为广大工矿企业所接受。

华东理工大学作为国内最早研制和生产乙烯基酯树脂的单位，始终走在新品研发的最前沿。20世纪90年代，华昌公司生产的MFE乙烯基酯树脂就被认定为国家新产品。新一代的MFE-5树脂也已获得国家新产品奖，并经过了多个国家重点项目的工程考验，证明其综合性能达到了国际同类品牌树脂的先进水平。“科技创新是企业的灵魂”，这是华昌公司一直秉承的企业经营理念。现在，MFE-5树脂的姐妹产品MFE-5（A）、MFE-5（D）等改型树脂也已研制成功，投放了市场。华昌聚合物有限公司必将适应国际化的潮流，致力于新型防腐蚀材料的科研开发，不遗余力的推动中国防腐蚀事业的发展进步。

参考文献
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（12）建筑施工手册（第三版）编委会，建筑施工手册（第三版），北京：中国建筑工业出版社，1997，800
（13）华东理工大学华昌聚合物有限公司，MFE系列乙烯基酯树脂说明书，2003版(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (6/26/2005)


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